tek hücreli - Tıpacı

29. Nisan 201629. Nisan 2016

Öğrenme Kabiliyetine Sahip İlk Tek Hücreli Organizma Keşfedildi

Bilim insanları ilk kez sinir sisteminden yoksun bir organizmanın öğrenebilme kabiliyetine sahip olabileceğini gösterdi. Toulouse III Üniversitesi, Centre de Recherches sur la Cognition Animale merkezinden bir ekip tarafından yapılan araştırmada tek hücreli Physarum polycephalum organizmanın , bir çeşit öğrenme kabiliyeti olan habituasyona(alışma davranışı) sahip olduğunu gösterdi. Bu keşif sayesinde evrimdeki öğrenme kabiliyetinin köklerine ışık tutularak, ilk sinir sistemi ve beynin görülmesinden önceki oluşumlar incelenebilecek. Ayrıca bu çalışma virüsler ve bakteriler gibi çok basit organizmaların öğrenme kapasitelerine ilişkin yeni soru işaretleri doğurdu. Bulgular 27 Nisan’da Proceedings of the Royal Society B dergisinde yayınlandı.

Öğrenme kabiliyeti ve hafıza hayvanlar aleminde anahtar bileşenlerdi. Hayvanların tecrübe etmeleri ve adaptasyon davranışı, hayvanların potansiyel tehlikelere ve dalgalanmalara karşı hayatta kalabilmeleri için oldukça önemlidir. Genelde bu kabiliyet beyni ve sinir sistemi olan organizmalara bahşedilmiştir. Buna rağmen, tek hücreli canlılar değişime adapte olma ihtiyacı duyarlar. Peki öğrenme kabiliyeti sergileyebilirler mi?

Bakteriler önemli ölçüde adapte olabilirler fakat bu birkaç nesil boyunca gelişim ve evrim gerektirir. İşte biyologlardan oluşan bir ekip tek hücreli bir organizmanın öğrenebileceğine dair bir kanıt aradı . Araştırmacılar dev bir tek hücreli küf(cıvık mantar), Physarum polycephalum’u seçti. Bu dev hücre gölgeli , soğuk alanlarda [1] bazı kabiliyetleri olduğunu kanıtladı. Tuzaklardan kaçınma, bulmaca çözme ve beslenmesini optimize etme[2] , gibi özellikleri olsa da bugüne kadar öğrenebilme kabiliyeti hakkında çok az şey biliniyordu.

9 günlük deneyde farklı küf gruplarını acı ama zararsız maddeleri geçereek besin kaynağına ulaşması incelendi. İki gruptan biri kinin veya kafein emdirilmiş köprülerle karşılaşırken, diğer kontrol grubunun karşılaştığı köprüde madde emdirilmemişti. Başlangıçta acı maddelere doğru ilerlemekte isteksiz olan küf sonra bunun zararsız olduğu fark etti ve hızla köprüyü geçti, 6 gün sonra kontrol grubu gibi ile aynı şekilde davranış göstermeye başladı. Hücre maddenin zararsız olduğunu anlayarak maddeden korkmamayı öğrendi ve habituasyon fenomenini gerçekleştirdi. Acı maddeye maruziyetinin geçmesinden 2 gün sonra ise, protist tekrar güvenmeme davranışına döndü. Ayrıca bu tek hücreli canlı kafeine alıştığından kinine tekrar güvenmeme davranışı gösterdi. Bu da habituasyonun belli bir maddeye karşı spesifik olduğunu gösteriyor.

Habituasyon ilk öğrenme formlarından biridir ve deniz salyangozunda[3] karakterize edilmiştir. Öğrenme formu bütün canlılarda olsa da, daha önce nöral olmayan bir canlıda gözlenmedi. Bu cıvık mantar türü, 500 milyon yıl önce oluşmuş bitki,mantar ve hayvanların uzak kuzeni ve öğrenmenin kökenin gelişimini anlamada önem taşıyor. Ayrıca bu çalışma sayesinde, bakteri ve virüsler gibi basit organizmalarda öğrenme tipleri çalışabilecek.

Kaynak :

[1] This single cell, which contains thousands of nuclei, can cover an area of around a square meter and moves within its environment at speeds that can reach 5 cm per hour. [2] See “Even single-celled organisms feed themselves in a ‘smart’ manner.”https://www.sciencedaily.com/releases/2010/02/100210164712.htm [3] Mild tactile stimulation of the animal’s siphon normally causes the defensive reflex of withdrawing the branchiae. If the harmless tactile stimulation is repeated, this reflex diminishes and finally disappears, thus indicating habituation.

Araştırma Referansı : Romain P. Boisseau, David Vogel, Audrey Dussutour. Habituation in non-neural organisms: evidence from slime moulds. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2016; 283 (1829): 20160446 DOI: 10.1098/rspb.2016.0446

13. Mart 2016

Bakterilerde Toplumsal Bellek Olabilir

Geçmişe ilişkin bilgi anımsama becerisi karmaşık organizmalar için sıradandır. Bakteri gibi tek hücreli canlılarda ise bu yetenek hakkında neler söylenebileceği netleşmiş sayılmaz. ETH Zurich ve Eawag araştırmacılarından oluşan bir ekip, geçtiğimiz ay Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) dergisinde yayımlanan bir makale ile sonuçlarını paylaştıkları çalışmalarında bu konuyu ele aldı.

Tek tek bakteri hücrelerini, yinelenen tuz gerilimine maruz bırakıp gözlemleyecekleri bir deney düzeneği kuran bilimciler, hücrelerin geçmişteki maruziyetlerinin tuz gerilimi ile başa çıkmalarına yardımcı olup olmadığını anlamaya çalıştı. Tekil hücrelerin tepkilerinin geçmiş olaylardan bağımsız olduğunu, topluluk düzeyinde ise bellek benzeri davranışın belirdiğini saptadılar. Bu sonuç, geçmiş olayların bakterilerin bireysel davranışı ve toplu davranışı üzerindeki etkilerinin farklılığını ortaya koydu.

Tek bir bakteri hücresinin belleği kısa sürelidir. Fakat bakteri toplulukları ortak bir bellek geliştirip gerilime karşı dayanıklılıklarını yükseltebilirler. Düşük tuz oranı olan karışıma maruz kalan bakteriler daha sonra yüksek tuz oranı olan bir karışıma maruz bırakıldıklarında, doğrudan yüksek tuzla karşılaşanlardan daha iyi durumda olurlar. Ancak tek tek bakteri hücreleri için bu etki kısa sürelidir ve 30 dakikayı aşan bir sürenin sonunda bakterilerin hayatta kalma oranı düşük tuzlu karışıma maruz kalıp kalmamalarına bağlı olmaktan çıkar. Bakterileri tek tek incelemek yerine topluluğun tamamı göz önüne alındığında ise bakterilerin bir nevi kolektif bellek geliştirdikleri anlaşılıyor.

Roland Mathis laboratuvarda çalışırken görülüyor.

Mikrobiyologlar Roland Mathis ve Martin Ackermann bu keşfi mikroskop altında inceledikleri Caulobacter crescentus bakterisi üzerinde gerçekleştirdiler. Önceden uyarı niteliğinde bir olaya maruz kalan toplulukların ilkinden iki saat sonraki ikinci maruziyette hayatta kalma oranı, uyarı olayı geçirmemiş topluluklara kıyasla yüksek olduğunu buldular. Bilgisayar modellemesi kullanarak bilimciler bu görüngüyü iki etkenin ortak sonucu olarak açıkladı. İlk olarak, tuz gerilimi hücre bölünmesinde gecikmeye neden oluyor; bu da hücre çevrimlerinin eşzamanlılığına yol açıyor. İkincisi de, hayatta kalma olasılığı tekil bakterilerin ikinci maruziyet sırasında bulundukları hücre çevrimi konumlarına bağlı oluyor. Hücre eşzamanlılığının bir sonucu olarak, topluluğun duyarlılığı zamanla değişiyor. Daha önce uyarıcı olaylara maruz kalmış topluluklar, sonraki gerilimlere daha dayanıklı olabiliyor. Ama bazı zamanlarda da daha önce maruz kalmamış topluluklardan bile daha hassas olabiliyorlar.

Martin Ackermann şöyle yorumluyor: “Eğer bu toplu etkiyi anlayabilirsek, bakteri topluluklarını kontrol etme becerimizi geliştirebiliriz.” Elde edilen bulgular, örneğin patojenlerin antibiyotiklere nasıl direnç gösterdiğine, endüstriyel süreçlerdeki bakteri kültürlerinin performanslarına ve atık su dönüşüm tesislerinin dinamik koşullarda çalıştırılmasına ilişkin anlayışımızı iyileştirebilir. Sonuçta bakteriler hemen hemen tüm biyokimyasal ve jeokimyasal süreçlerde kritik rol oynuyor.

Kaynak:

Bilimfili,
Phys.org, “Collective memory in bacteria”
< http://phys.org/news/2016-03-memory-bacteria.html >

İlgili Makale: Roland Mathis et al. Response of single bacterial cells to stress gives rise to complex history dependence at the population level, Proceedings of the National Academy of Sciences (2016). DOI: 10.1073/pnas.1511509113

12. Aralık 2015

Kedinizden Bulaşması Muhtemel Ölümcül Parazit

Hep sevimliliklerinden bahsedilen, videolarıyla motive olunan kedilerin oldukça tehlikeli ve özellikle de hamile kadınlarda fetusun ölümüne sebebiyet verebilen bir paraziti size bulaştırmasının muhtemel olduğunu bilmenizde de fayda var. Söz konusu parazit beyni etkileyen yapısıyla çok tehlikeli hasarlara yol açabiliyor.

Toxoplasma gondii –kısaca tokso– oldukça küçük, garip bir yaşam döngüsü olan ve konak canlıda tehlikeli sonuçlara sebebiyet verebilen tek hücreli bir parazittir. Beyine ulaşabilen bu parazite kedi kumunu temizleme esnasında bulaş olmanız kuvvetle muhtemel. Kediler bu paraziti beslendikleri kemirgenlerden alırlar. Yutulmasının ardından, parazitler kedinin bağırsak duvarlarına tutunur ve burada –seksüel– üremek için kendi eşini bekler. Çiftleşmenin ardından milyonlarca minik kist Tokso zigotları –oosit– meydana gelir. İlginç bir şekilde, kediler (sadece evkedileri değil bütün kedigiller) Toksoların üreyebildiği tek hayvandır.

*Centers for Disease Control and Prevention – CDC*

Daha sonrasında, bulaş olan kedi bu oositleri dışkısıyla dışarı atar. Kedi kumuna atılan dışkı, temizlenmesi sürecinde insanlara bulaşır. Tokso’nun bulaşması Toksoplazmoz olarak adlandırılır ve vücuda bir kez girdiğinde burada kalır. Bir oositin kedi olmayan bir vücuda girmesinin ardından, oositler açılır ve Tokso zigotları hızlı bir şekilde bölünmeye başlar. Kan yoluna geçmesiyle birlikte de beyin dahil olmak üzere vücuttaki bütün organlara taşınır.

İyi haber ise; insan bağışıklık sistemi –genellikle– parazitlerin çığırından çıkmasına engel olur. Bağışıklık sistemi, parazitleri beyin ve kaslarda küçük kistler halinde kümelenmeye zorlar. Kistler -genellikle– bağışıklık sistemi tarafından hareketsiz kalmaları için baskılanır. Ancak bağışıklık sisteminin zayıf düştüğü hastalık durumlarında ve yaşlılıkta, parazit serbest kalabilir ve özellikle gözler ve beyin olmak üzere organları hedef alan ciddi hastalıklara sebep olur. Ve bu hiç de nadir görülen bir durum değildir. CDC verilerine göre; Amerika toplumunun 12 yaşından büyük bireylerinin %22.5 ‘i Tokso parazitine sahip. Dünyanın diğer bölgelerinde ise; bulaş vakasının %95 gibi büyük bir değerde olabileceği düşünülüyor.

Toksoların bölünmesi — **Toksonun bölünmesi**

Belirtiler

Tokso hakkındaki en ilginç şey; bulaştığı hayvanın beyinlerinde meydana getirdiği garip hasardır. Bulaş olan fareler daha gözüpek hale geliyorlar ve kedilerden daha az korkuyorlar. Bu bozuk etki; kemirgenin bir kedi tarafından avlanması ihtimalini arttırıyor ve Tokso’nun kediye bulaşması ve üremesi şansını güçlendiriyor.

Bulaş olan insanlarda da garip semptomlar görünebilir. Araştırmalar bulaş olan erkek bireylerin daha şüpheci olmaya, çekingen olmaya ve kuralları ezmeye daha yatkın hale gelmeye başlayabildiklerini, kadınların ise kendine daha özgüvenli, dışa dönük ve yasalara uyan bireyler haline gelebildiğini gösteriyor. Aman ne güzel dediğinizi duyar gibiyiz, ancak acele etmeyin.

fare-beynindeki-tokso-kist-bilimfilicom — **Fare beynindeki bir Tokso kist**

Kötü Haber

Bulaş olan erkek ve kadın bireyler trafik kazalarına maruz kalmaya, kendine zarar vermeye ve ciddi bir biçimdeşizofreni geliştirmeye daha yatkın hale geliyorlar.

Ve dahası, zayıf bağışıklık sistemine sahip insanlarda, Toksoplazmoz; gözlere, beyine ve diğer organlara hasar ve aşırı durumlarda da ölüme sebebiyet verebilir.

Hamile kadınlar ve bağışıklık yetersizliği olanlar büyük oranda risk altındadırlar. Yeni bulaş olan kadınlar -özellikle de hamilelik dönemindeki– bulaşı kolaylıkla fetusa geçirebilir. Bu durum bebekler için ölümcül sonuçlara yol açar ve göz ve sinir sisteminde büyük hasarlara sebep olur. Doktorların hamile kadınlara eğer evde bir kedi varsa kumundan uzak durmaları tavsiyesinde bulunmalarının sebebi bundandır.

İyi Haber

Fakat yazımızın tamamı kötü senaryolardan oluşmuyor tabii ki. Özellikle de kedi severleri rahatlatacak bazı noktaları da paylaşmamızda fayda var.

Öncelikle, parazitin kedi tarafından tüketilmesinin ardından yalnızca 3 hafta boyunca Tokso oosit atılımı gerçekleşir. Bu da şu anlama geliyor; eğer evcil kedinizi dışarıya bırakmıyor ve bir fare avlamasına engel oluyorsanız temelde güvendesiniz demektir. Ancak dışarıya çıkan ya da sokaktan sahiplendiğiniz bir kediniz varsa, onu belli bir süre boyunca mutfak tezgahlarınızdan uzak tutmanızı ve mutfak eşyalarınızı sıklıkla yıkamanızı öneriyoruz.

Bir başka önemli kısım ise; yiyecekleriniz. Her ne kadar kediniz güvende olsa da, sokaktaki bazı kediler paraziti yiyecekleriniz aracılığıyla size bulaştırma potansiyeline sahiptir. Ve Tokso bulaşı; enfekte kediden çok, tüketilen gıdalardan olmaktadır.

Enfekte kediler dışkıları ile toprağı kirletebilirler. Parazit, doğada 1,5 yıla kadar bulaş olabilecek durumda kalabilir. Yani otçul bir hayvan tarafından –örneğin; inekler, koyunlar– parazit alınabilir ya da tükettiğiniz meyve ve sebzelere de sıçramış olabilir.

Bu da şu anlama geliyor; insanlar paraziti yalnızca enfekte kedilerden değil aynı zamanda çiğ et ya da iyi yıkanmamış meyve sebzeleri tüketerek de alabilir. CDC; ABD’de Toksoplazmoz’u beslenmeden kaynaklı olarak ölüme sebebiyet verebilen hastalıklar listesine almıştır.

Hem vahşi kediler hem de evcilleştirilmiş kediler soruna sebep olabilirken, 2013 yılında yapılan bir çalışma,evcilleşmiş kedilerin çok daha büyük bir etkiye sahip olduklarını ortaya koydu, çünkü evcilleşmiş kedilerin populasyonu vahşi kedilere kıyasla daha fazladır.

Parazite karşı önlem almanın bazı yolları ise şu şekilde; etleri iyice pişirerek, sebze ve meyveleri iyice yıkayarak tüketmek ve evdeki yüzeyleri temiz tutmak. Öte yandan hamilelik süreci yaşayan kadınların, her ihtimale karşı kedi dışkısından uzak durmaları parazite karşı korunmanın yollarından bir diğeri. Parazite karşı azami korunma yöntemleri ise:

Çiğ ve/veya az pişmiş et tüketmeyin. Etlerin en az 70-75 santigrat derecede 15-20 dakika boyunca pişirilmesi gerekir.
Pastörize edilmemiş süt tüketiminden uzak durun.
Sebze ve meyveleri iyice yıkayarak tüketin.
Çiğ etlere, yıkanmamış sebze ve meyvelere dokunduktan sonra ellerinizi ve mutfak tezgahınızı sabunlu su ile yıkayın.
Yemekten önce ellerinizi mutlak suretle yıkayın.
Kedinizin bahçede, çocuk parklarında dışkılamasına izin vermeyin.
Tuvalet kabından dışkıyı her gün düzenli olarak elinize eldiven, yüzünüze maske takarak temizleyin ve tuvalet kabını sıcak su ve detarjan ile yıkayın.

Bu önemleri almış olmanız; parazitten yüzde yüz korunacağınız anlamına gelmez. Nihayetinde, mikroskobik düzeydeki bir parazitten söz ediyoruz, dolayısıyla yüzde yüz bir korunmanın mümkün olmadığını da söyleyelim.

Kaynakça: Bilimfili

1- Webster, Joanne P., Maya Kaushik, Greg C. Bristow, and Glenn A. McConkey. “Toxoplasma gondii infection, from predation to schizophrenia: can animal behaviour help us understand human behaviour?.” The Journal of experimental biology 216, no. 1 (2013): 99-112.
2- The Atlantic, “How Your Cat Is Making You Crazy,” http://www.theatlantic.com/magazine/archive/2012/03/how-your-cat-is-making-you-crazy/308873/?single_page=true
3- Toxoplasma gondii, https://en.wikipedia.org/wiki/Toxoplasma_gondii
4- CDC, “Parasites – Toxoplasmosis (Toxoplasma infection),” http://www.cdc.gov/parasites/toxoplasmosis/gen_info/faqs.html
5- VanWormer, Elizabeth, Patricia A. Conrad, Melissa A. Miller, Ann C. Melli, Tim E. Carpenter, and Jonna AK Mazet. “Toxoplasma gondii, source to sea: Higher contribution of domestic felids to terrestrial parasite loading despite lower infection prevalence.” EcoHealth 10, no. 3 (2013): 277-289.